книги из ГПНТБ / Сагарда А.А. Алмазно-абразивная обработка деталей машин
.pdfвозрастают, а затем постепенно устанавливается постоян ный тепловой режим. Минимальный нагрев наблюдается при использовании брусков с алмазами АСВ (в 2—3 раза ниже, нем при обработке обычными абразивными бруска ми). Средние температуры при алмазном хонинговании со ставляют 30—40° С, при абразивном — 75—95° С, а уста новившаяся температура поверхностного слоя соответствен но 40—50° С и 95—100° С. При использовании брусков с алмазами АСР и кубонитом температуры выше в результате большего тепловыделения. Максимальные температуры во время испытаний были зафиксированы на тех же режимах обработки при давлении Р = 12,5 кГ/смг. Средние темпера
туры при таком давлении для брусков |
К.36С2К обычно |
||
дортигают |
140° С; К312СТ2К— 120° С; |
K3M20CMIK — |
|
98° С; АСВ |
100/80— 100% — МІ — 45° С, |
температуры |
|
поверхностного слоя соответственно 156° С, |
122° С, 102° |
Си 58° С.
Впроцессе исследований была проверена возможность хонингования брусками КЗ 12 — 100% — МІ. При этом ре зание практически не происходило (съем 0,13 а), шерохо ватость оставалась исходной, а тепловыделение и усилие реза ния были примерно такими же, как при работе чистой связкой МІ. Таким образом, обычные абразивные материалы из-за низкой износостойкости могут работать только в услови ях активного самозатачивания. То обстоятельство, что ал мазы благодаря своей высокой износостойкости могут ра ботать на металлических высокотеплопроводных связках,
является их основным преимуществом с точки зрения сни жения температуры в процессе хонингования.
Влияние режимов алмазного хонингования на основные показатели процесса производилось при использовании брусков АСВ 100/80 — МІ — 100% и следующих режимов
обработки: ѵвр = 40,62 |
и |
100 м/мин |
(п = |
200, 315 и |
500 об/мин); ѵв.п — 4, 6, |
8 |
и 10 м!мин\ |
Р = |
2,5; 5,0; 10,0; |
7,5; 12,5 кГІсм2. |
|
|
|
|
На рис. 37 приведены графики зависимости основных параметров при разных давлениях. Обработка производи лась брусками АСВ 100/80 — 100% — МІ в течение 1,5 мин. Как видно из указанных графиков, общее тепло выделение, силы резания и съем с увеличением давления возрастают примерно пропорционально. Чистота поверх ности при указанном диапазоне режимов обработки практи чески остается неизменной.
92
Увеличение скорости вращательного движения приво дит к увеличению тепловыделения. Оптимальной при хо нинговании закаленной стали является скорость примерно 40 мімин. Усилия резания минимальны при скорости ѵвр =
— 40 мімин, причем их величина резко возрастает при
Рис. 37. Зависимость основ ных параметров процесса хо нингования от удельных дав лений при:
а — DBp = |
40 |
м/мин; |
ѵв п = |
|
= 4 м/мин; |
б — овр |
= 4 0 м/мин; |
||
«вп = Ю |
м/мин; |
е — |
ѵвр = |
|
= 100 мімин-, |
ѵв п = |
10 м/мин. |
I
to
■0,8
0.6
■01«
0,2
О
1>вр = 62 мімин и ѵв п — 8 -г* 10 мімин. При указанных скоростях получены минимальный съем и максимальное удельное тепловыделение.
Оптимальным по всем показателям является следующий режим обработки: ѵвр = 40 м!мин\ ѵвп = 8 -f- 10 м/мин-, Р = 5 4 -7,5 кГ/см2.
Увеличение скоростей и давлений приводит к нежела тельному увеличению тепловыделения, что может вызвать ухудшение качественных показателей процесса алмазного хонингования.
В процессе исследований установлено, что наибольшее влияние на /ср и Іп оказывает скорость вращательного дви жения (рис. 38). Обработка производилась брусками АСВ
93
100/80—100% — MI, увп = 8 м/мин; Р = 10 кГ/см2. |
При |
скорости ивр = 100 м/мин температуры такие же, как |
при |
обычном абразивном хонинговании, что недопустимо. При изменении скоростей возвратно-поступательного движения и удельных давлений температуры изменяются примерно на 10—15° С.
Влияние концентрации исследовали в процессе обработ ки брусками АСВ 100/80 — МІ с концентрацией алмазов 50, 100, 150 и 200%. Режим обработки оставался постоян ным: уВр = 40 м!мин\ ув.п = 8 м!жин\ Р = 10 кГ/см2.
Рис. 38. Зависимость средней температуры (а) и температуры поверх ностного слоя (б) от времени хонингования и скорости вращения:
1 — оВр = 100 мімин; 2 — оар = 62 м/мин: 3 — пвр = 40 м/мин.
Как видно из рис. 39, при увеличении концентрации ал мазов в алмазоносном слое общее тепловыделение уменьша ется в результате уменьшения работы внешнего трения (уменьшается площадь трения связки по стали). Одновре менно снижаются усилия резания и производительность. Это объясняется уменьшением удельного давления на каж дое зерно с повышением концентрации. При этом уменьша ется глубина внедрения зерен, поэтому снижается произ водительность, а также уменьшается нагрузка на зерна, а, следовательно, и вероятность скалывания алмазных зерен и вырывания их из связки, в результате чего уменьшается удельный расход алмазов. Таким образом, концентрацию алмазных брусков необходимо выбирать в каждом конкрет ном случае в зависимости от того, что важнее получить: высокую производительность или низкую технологическую себестоимость. Чистота поверхности при изменении концент
94
рации колеблется в пределах одного класса. Удельное тепло выделение с повышением концентрации возрастает в ре зультате увеличения количества микроисточников тепла в зоне резания (объем пластических деформаций возрастает более интенсивно, чем снижается работа внешнего трения).
\
!
-ІА
1.2
-1,0
2 -2 - 0,8
-0,5
/ ОЛ
Концентрация, %
Рис. 39. Зависимость основных параметров процесса хонинго вания от концентрации брусков.
Температуры с повышением концентрации возрастают. Это объясняется уменьшением количества связки в алмазо носном слое, что снижает интенсивность теплоотвода из зо ны резания. Для получения минимальных температур ре комендуются бруски с концентрацией 50 и 100%.
Влияние связок на основные параметры определяли при использовании брусков АСВ 100/80— 100% на связке МІ, металлосиликатных связках МС15, МС6, МС7; керамиче ской К5 и гальванической (никель). Режим обработки оста вался постоянным. Результаты исследований приведены в табл. 13.
Минимальное тепловыделение происходит в процессе обработки брусками на керамической пористой связке К.5 (пористость 25%) и гальванических брусках, у которых ал мазные зерна выступают высоко над связкой, что способст вует снижению трения. При обработке керамическими брусками достигается наибольшая производительность, а удельное тепловыделение — наименьшее. Однако расход
95
Таблица 13
Зависимость основных показателей от применяемой связки алмазных брусков
Связка |
Q, ккал |
Рг, кГ |
Д, г |
Ra, мкм |
qa, мг{г |
QQ' ккал/з |
|
|
|
|
|
|
|||
МІ |
12,3 |
71 |
4,73 |
|
0,90 |
2,9 |
2,6 |
MC15 |
12,7 |
70 |
4,01 |
|
0,90 |
1,6 |
3,2 |
К5 |
10,8 |
69 |
5,35 |
|
' 0,78 |
28,0 |
2,0 |
МС6 |
14,7 |
79 |
3,64 |
|
0,83 |
3,6 |
4,1 |
МС7 |
12,8 |
74 |
3,23 |
|
0,77 |
3,8 |
4,0 |
Гальваниче |
10,5 |
54 |
3,95 |
|
1,20 |
10,0 |
2,6 |
ская |
|
|
|
|
|
|
|
.алмазов на |
этой |
связке |
оказался |
чрезвычайно |
высоким |
(28 мг/г)\ его величина значительная и при использовании гальванических брусков из-за недостаточно прочного удер-
.жания алмазов. Минимальный расход алмазов при доста точно высокой производительности наблюдается в процессе •обработки брусками на связке МС15.
Рис. 40. Зависимость средней температуры (а) и температуры поверх ности (б) от времени хонингования при различных связках брусков:
/ — К5; 2 —МС7; 3 — гальваническая: 4—МС15; б — МС6; б—МІ.
Минимальный нагрев происходит при работе брусками «а связке МІ (рис. 40). Добавление в металлическую связ ку стекла, силикатов и других компонентов, снижающих ее теплопроводность, приводит к увеличению температуры. В случае применения керамической связки (практически нетеплопроводной) происходит резкое увеличение tcp и іп, которые достигают уровня температур при обычном абра-
'•96
зивном хонинговании. На примере алмазных брусков на керамической связке особенно наглядно видна исключитель ная важность теплоотвода из зоны резания при хонингова нии: общее и удельное тепловыделение на связке К5 мини мальные, а температура детали максимальная. Таким обра зом, необходимо применять алмазные бруски только на металлической связке высокой теплопроводности, иначе
0,8 -8
0,7 -7
0,6 -6
0,5 -5
0,4 -4
0,3 -3
0,2 -2
O.f -/
О -О
Рис. 41. Зависимость показателей процесса хонингования от времени обработки
эффективность алмазного хонингования будет снижена. В процессе исследований установлено, что наиболее при
годной |
следует считать связку MCI5 (исследования прово |
дились |
при Ѵвр — 40 м/мин; ѵв.п = 8 м/мин; Р = |
=10 кГІсм2).
Влияние времени хонингования на показатели процесса
определяли при использовании брусков АСВ 100/80 — M l— 100% (цВр = 40 м/мин-, ѵБ.п = 8 м/мин; Р = 5 кг/см2).
Хонингование производили в течение 0,25; 0,50; 1,0; 1,5; 3,0; 5,0 и 8,0 мин (рис. 41).
Общее тепловыделение увеличивается прямопропорцио нально времени хонингования. Съем во времени растет при
7 3-2577 |
07 |
снижении его интенсивности в единицу времени, так как
.по мере съема гребешков от предыдущей операции увеличи вается количество зерен, вступающих в контакт с обрабаты ваемым металлом, а, следовательно, уменьшается удельное давление на каждое зерно, глубина их внедрения и возра стает удельное тепловыделение. Усилие резания и шерохо ватость поверхности снижаются с увеличением времени хо нингования. Съем при этом растет значительно медленнее, чем общее и удельное тепловыделение, что отрицательно сказывается на показателях процесса.
ХОНИНГОВАНИЕ ЗАКАЛЕННЫХ ЧУГУНОВ
Проблема алмазного хонингования закаленных чугунов оставалась в течение длительного времени нерешенной, несмотря на усилия многих исследователей. Из закаленных чугунов изготавливают такие массовые изделия, как гиль зы тракторных и атомобильных дизельных двигателей, втулки глубинных насосов и др. В процессе абразивного хо нингования не обеспечивается требуемая точность и произ водительность обработки, невозможно осуществить актив ный контроль и многостаночное обслуживание, что особенно важно в условиях массового производства.
В Институте сверхтвердых материалов разработан про цесс высокоэффективного чернового хонингования закален ных чугунов благодаря созданию новой металлической по ристой связки и применению крупнозернистых синтетиче ских алмазов новых марок АСК и АСС.
Образцами для исследования служили гильзы трактор ного двигателя Д-50 (материал СЧ 21-40, твердость HRC > > 40). Внутренний диаметр гильз ПО мм, длина 245 мм. Исследования проводили на вертикально-хонинговальных станках модели 3A83 и 3M83, использовали бруски АБХ 125 X 12 X 1,5—100%, количество брусков в головке — 6 шт.
Наиболее рационально применять бруски на пористой связке. В этом случае обеспечивается повышение произво дительности и улучшение условий резания.
Пористые связки можно получить путем введения в них до спекания газовыделяющего агента, водорастворимых со лей и древесных стружек, а также отгонки в вакууме лету чих элементов.
98
ВИнституте сверхтвердых материалов создана принци пиально новая металлическая пористая связка МП2. Ме няя технологические параметры изготовления связки, мож но изменять пористость в пределах от 10% до 35%.
Втабл. 14 приведены сравнительные результаты испы таний брусков на новой пористой связке и на металличе ской связке Ml. (зернистость 315/250, концентрация — 100%). Для сравнения приведены также данные, получен ные при обработке чугуна брусками из карбида кремния зеленого. Из приведенных в таблице данных следует, что алмазные бруски на связке Ml превосходят по стойкости абразивные в 17 —40 раз, а на связке МП2 — в 34—140 раз. При использовании брусков на пористой связке с синтети ческими алмазами марок АСК и АСС обеспечивается повы шение их стойкости по сравнению с брусками на серийной связке Ml с теми же марками алмазов в 3—4 раза, а по срав нению с абразивными брусками — в 80—140 раз. Таким образом, эффективность использования алмазных брусков для операции чернового хонингования закаленных чугун ных гильз бесспорна. Производительность процесса алмаз ного хонингования при использовании брусков зернистос тью 315/250 на 30% выше производительности абразивного’ хонингования, причем она возрастает с повышением проч ности алмазных зерен. Шероховатость поверхности при об работке брусками на связке Ml достигает V4, а на связке-
МП 2 — Ѵ5, т. е. на 1 —2 класса ниже по сравнению- с шероховатостью, получаемой при абразивном хонингова нии. Более чистая поверхность при хонинговании бруска ми на связке МП2 получается вследствие более прочного удержания алмазов и образования площадок затупления на зернах. В результате снижения чистоты поверхности на 1 — 2 класса на операции чернового алмазного хонингования стойкость брусков и производительность на последующей операции получистового хонингования увеличиваются при мерно в 2 раза.
Так как было установлено, что прочность алмазов оказы вает существенное влияние на показатели процесса хонин гования, были проведены специальные испытания брусков зернистостью 315/250 на связке МП2 с алмазами разной проч ности в пределах, предусмотренных техническими условия ми на каждую марку. Испытывали алмазы марки АСВ (прочность 1200, 1500 и 1700 г), AQK (прочность 2000, 2400 и 3000 г) и АСС (прочность 4500 и 6Ö00 г).
7* |
99 |
<3
а-
а
I
г
S МП2 связкахна
Результаты сравнительных испытаний брусков
их
-OXOHh |
|
1 1 |
1 |
Производительность |
* |
|
а |
|
* |
1 |
1 |
г/гиг 'аое -ВІѴІГВ fOXDBd
НнняігаѴд
ced оітэнн
‘нхэонуохэ
Э1ШЭГПН0О[]
•ХГП
*вхнэігиічон
чхоомуохэ
|
Машинное время, сек |
|
|
Припуск, мм |
|
|
|
г |
обработки |
. V) |
|
|
е: |
|
|
|
V |
|
. а: |
|
|
с |
3 |
Режим |
D |
* |
|
3 |
|
|
|
|
|
м |
^ |
|
а |
|
|
Связка |
|
|
і |
|
|
Марка алмазов |
|
CD
100
О
О
О
СО
1
1
8
15—40
О
сч
о
о1
о
о
ю
сч
00
1
КЗІ2СТІК
ю |
|
1 |
ю |
со |
ю |
— |
о |
о |
о |
о |
о |
О |
|
ЮСО
со со сч
©о*
24 |
34 |
1210 |
1700 |
Q |
£ |
со |
со |
11
©ір
юю
оо"
о1 о1
оо
20 |
20 |
18 |
16 |
62 |
82 |
Ml |
МП2 |
|
АСВ |
тр |
Ю |
|
|
108 |
116 |
120 |
130 |
14 000 |
15 000 |
15 500 |
16 500 |
0,18 |
0,04 |
тр |
СО |
о" |
о |
||
|
|
•~"І |
° |
30 |
100 |
40 |
140 |
1600 |
5000 |
2000 |
7000 |
15—35 |
20—40 |
12—35 |
12—35 |
0,12—0,15 |
0,15—0,25 |
0,12—0,17 |
0,12—0,20 |
20 |
22 |
20 |
20 |
18 |
16 |
24 |
16 |
62 |
82 |
82 |
82 |
Ml |
МП2 |
Ml |
МП2 |
|
|
1 |
|
|
АСК |
|
ACC |
100
На рис. 42, а представлены графики зависимости про изводительности и машинного времени, на рис. 42, б — коли чества обработанных деталей и удельного расхода алмазовот прочности алмазов. С изменением прочности алмазов от 1200 г до 6000 г производительность процесса возрастает с 13000 мм31мин до 16500 мм3/мин, т. е. в 1,3 раза. Машинное время соответственно снижается и достигает 22 сек при съе ме припуска 0,15 мм на диаметр и 12 сек при съеме припус-
Рис. 42. Зависимость показателей процесса хонингования от прочности алмазов:
/ — производительность; 2 — машинное время; |
3 — количество обработан |
ных деталей; 4 —* удельный |
расход. |
ка 0,10 мм. Наиболее существенное влияние прочность алмазов оказывает на стойкость брусков. При изменении прочности в указанных пределах (в 5 раз) количество обра ботанных деталей увеличивается с 1000 шт. до 7000 шт. (в 7 раз). Изменение прочности практически не оказывает влияния на шероховатость поверхности, которая сохраня ется в пределах 5-го класса. Некоторое снижение шеро ховатости поверхности при повышении прочности объясня ется увеличением площадок затупления в результате боль шей стойкости брусков. Бруски из алмазов марки АСВ на пористой связке для данного процесса не рекомендуются.
До настоящего времени для алмазного хонингования ре комендовались бруски с зернистостью алмазов до 200/160. Повышение зернистости при хонинговании приводит к по вышению производительности, снижению удельного расхо да алмазов, усилий резания и температур процесса, общего и удельного тепловыделения. Таким образом, повышение зернистости является наиболее рациональным путем
101